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Alliage de zinc pour la coulée de pièces de forme.
Les qualités que, jusqu'à présent, on exigeait avant tout des alliages de zinc destinés à la coulée de pièces de forme, sont de bonnes propriétés mécaniques, une bonne soudabilité, l'insensi- bilité aux impuretés pour des raisons de corrosion inter-cristalli- ne, et la fabrication économique. Aucun des alliages connus des types Zn Cu 4, Zn Al 4 Cu 1 et Zn Al 1 ne réunit cependant toutes les qualités mentionnées.
L'alliage Zn Cu 4 est insensible aux impuretés, se soude facilement et présente, coulé en sable, une résistance de 11 à 16 kg/mm2 pour un allongement de 1 à 0,5%. Cependant, malgré que cet Alliage se fabrique à partir du zinc brut, il n'est pas particuliè- -
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rement économique à cause de sa teneur de 4% de cuivre.
L'alliage Zn Al 4 Cu 1 a des qualités de résistance meil- leures que l'alliage Zn Cu 4, à savoir, après coulée en sable, 18 à 24 kg/mm2 pour un allongement de 1,5 à 0,5%; mais cet alliage ne peut être soudé par les moyens habituels, il est sensible aux impuretés et coûteux, surtout parce qu'il doit se fabriquer avec du zinc raffiné, d'un degré de pureté de 99,99%, et qu'en plus, il contient 1% de cuivre et 4% d'aluminium. L'alliage Zn Al 1 est soudable, sensible aux impuretés et a une résistance relativement faible, celle-ci étant, après coulée en sable, de 10 à 14 kg/nm2 seulement. L'allongement se situe entre 2 et 1%. Malgré sa faible teneur en aluminium, cet alliage est coûteux, car il se fabrique, lit aussi, avec du zinc pur.
L'alliage Zn Al 1 est acceptable, les deux autres se prêtent nettement mal à la coulée. Les très grosses difficultés qui se présentent à la coulée, en sable.ou en coquille, de pièces de forme compliquée, ont onduit à l'élaboration de nou- veaux alliages convenant spécialement à la coulée.
Des recherches poussées concernant le rapport des volumes des phases liquide et solide ont conduit à la constatation que le comportement particulièrement mauvais de l'alliage Zn Cu 4 à la coulée, doit être attribué à son grand intervalle de solidification qui s'étend sur 70 C. L'alliage Zn Al 4 Cu 1 se laisse difficile- ment couler parce que, dans son intervalle de solidification qui est de 10 à 15 C, il se produit, en plus des cristaux primaires, un retrait supplémentaire du bain restant eutectique, qui amène des cavités et des retassures intérieures. De même, l'alliage Zn Al 1 a un intervalle de solidification relativement grand et ne se prête donc pas très bien à la coulée.
Les recherches physiques sur les modifications de volume ont montré que l'alliage eutectique du zinc Zn Al 5 dans le systè- me binaire et l'eutectique ternaire Zn Al 7 Cu 4, alliages qui se solidifient tous deux sans aucun intervalle, de même que l'alliage'
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eutectique Zn Al 6 Cu 1 qui se solidifie dans un intervalle très réduit, doivent présenter, à la coulée, des qualités particulière- ment avantageuses. Les essais pratiques ont confirmé ces considéra- tions théoriques. C'est surtout l'alliage Zn Al 7 Cu 4 qui a trouvé de larges champs d'application pour la coulée de pièces de forme compliquée et dans tous les cas où l'on attache de l'importance à une résistance plus élevée.
L'alliage Zn Al 7 Cu 4 se distingue non seulement par la facilité avec laquelle il se laisse couler, mais aussi par sa résistance qui atteint des valeurs inaccoutumées. Pour la coulée en sable, la résistance se situe entre 27 et 32 kg/mm, avec un allongement de 5 à 3%. A cause de sa forte teneur en aluminium, l'alliage ne se laisse naturellement pas souder par les moyens ordi- naires, il est sensible aux impuretés et coûteux car, en plus de sa teneur de 7% d'aluminium et de 4% de cuivre, il doit se fabriquer avec du zinc pur.
L'alliage Zn Al 6 Cu 1 a une résistance un peu moindre, à savoir 20 à 23 kg/mm2 pour un allongement de 3 à 1,5%, mais, compte tenu de sa teneur reduite en aluminium et en cuivre, il est aussi un peu moins coûteux. Mais cet alliage aussi ne peut être soudé par les moyens ordinaires et il est sensible aux impuretés.
L'invention a pour but de trouver un alliage qui réunisse toutes les propriétés requises. Le fait qu'une bonne soudabilité n'est possible que lorsque la teneur en aluminium est faible, et qu'une teneur en aluminium dépassant 0,2% favorise la corrosion inter-cristalline quand l'alliage est fait en partie à base de zinc brut peu coûteux, donc souillé de nombreuses impuretés, a été pris en considération en ce sens que les recherches ont été limitées, dès le début, au système zinc-cuivre avec des teneurs maxima de 0,5% d'aluminium. On a constaté le fait surprenant qu'un alliage à 1,7% de cuivre, qui correspond à la concentration du bain restant
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péritectique, convient particulièrement bien à la coulée.
Ceci est en relation avec le fait que, comme le montrent des mesures de vo- lume poussées, en plus du faible intervalle de fusion connu, cet alliage présente, à la solidification le changement de volume extraordinairement petit de 2,9%. Le bain fondu se solidifie à l'état de cristaux mixtes purs, et on ne constate aucun retrait nuisible qui pourrait provoquer des creux. Ces propriétés déter- minent une forte capacité de tassement qui est importante pour le bon remplissage du moule.
Les propriétés mécaniques des alliages à faible teneur en cuivre ont été sousestimées jusqu'à présent. Dans son ouvrage "Die Technologie der Zinklegierungen", 1940, page 18, A.Burkhardt donne une courbe dont il résulte que pour une teneur de 1,7% de cuivre, la résistance de l'alliage coulé en coquille n'atteint que 10 à 12 kg, cette valeur étant donc plus faible encore pour la coulée en sable. Pour la résistance, l'ouvrage cite une valeur de
0,9 kg/mm2, c'est-à-dire insuffisante en pratique. Aussi,
Burkhardt dit-il aux pages 18 et 19: "Les propriétés mécaniques du zinc ne sont pas améliorées, par des additions de cuivre, dans la même mesure que par des additions d'aluminium. Les alliages binaires zinc-cuivre ne jouent donc aucun rôle comme alliages destinés à la coulée".
Les recherches entreprises dans le cadre de l'invention ont montré maintenant que, contrairement aux opi- nions antérieures, la teneur de 1,7% de cuivre correspond non seu- lement à un optimum au point de vue de la technique de la coulée, mais aussi à un maximum des qualités mécaniques. La résistance de l'alliage coulé en sable se situe entre 16 et 17 kg/mm2. L'allon- gement atteint la valeur extraordinairement élevée de 5 à 3%. Ces bonnes qualités mécaniques qui sont tout-à-fait suffisantes pour la plupart des pièces coulées en zinc, dépendent du bon comporte- ment du volume.
Celui-ci détermine, avec un intervalle de solidifi cation très réduit, la formation d'une texture à grain très fin. '
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La texture à la cassure montre que le grain est moyen pour 1% de cuivre, nettement fin pour 1,7% et assez gros pour 2%. Ces consta- tations confirment donc ce qui a été dit ci-dessus.
Il s'est averé aussi que de faibles teneurs en aluminium n'influencent ni les propriétés mécaniques, ni l'aptitude à la coulée, pour autant qu'elles ne dépassent pas 0,5%. Elles sont utiles parce que, à la fusion, l'aluminium forme de l'alumine qui protège la surface du bain, et qu'elles améliorent l'aspect des pièces coulées. Comme déjà dit, il est bon que la teneur en aluminium ne dépasse pas 0,2% car, dans des alliages contenant des impuretés, l'aluminium conduit à des corrosions inter-cristallines.
Des additions de manganèse et de magnésium, en quantités comprises entre 0,01 et 0,2% de préférence de 0,02%, restent sans effet sur la résistance mécanique, mais améliorent la résistance à la corrosion. Le fait que, dans les alliages suivant l'invention, la teneur en aluminium peut rester inférieure à 0,2%, donne la possibilité;de fabriquer ces alliages avec du zinc peu coûteux, d'un degré de pureté de 99,5% ou avec un mélange de zinc brut et de zinc raffiné à 99,99%. Cet avantage est décisif vis-à-vis de tous les alliages mentionnés qui, à l'exception de l'alliage Zn Cu 4 qui se prête particulièrement mal à la coulée, doivent tous se fabriquer avec du zinc raffiné d'un degré de pureté de 99,99%.
Grâce à cette possibilité et à sa faible teneur en aluminium et en cuivre, l'alliage suivant l'invention est moins coûteux que tous les alliages précités. Ainsi qu'il résulte de ce qui précède, l'al- liage suivant l'invention supporte des additions allant jusqu'à
0,7% de plomb, de cadmium, d'étain et de bismuth, séparément ou ensemble. Une teneur en bismuth jusqu'à 0,5% a son avantage, car le bismuth, comme on le sait, facilite l'usinage en rendant les copeaux cassants. En raison de sa faible teneur en aluminium, l'alliage se soude facilement et présente des dimensions inva- Fiables.